楊衛(wèi)健

摘 要：高壓電機(jī)的軟啟動(dòng)以其對電機(jī)損害小，能夠延長機(jī)組使用壽命等優(yōu)點(diǎn)，得到了快速的發(fā)展。本文結(jié)合某泵站工程實(shí)例，對各種高壓電機(jī)裝置軟啟動(dòng)方式進(jìn)行了介紹，并分析比較了各種軟啟動(dòng)的工作原理及技術(shù)特點(diǎn)，最終選擇了適合本工程的晶閘管高壓軟啟動(dòng)方式。

關(guān)鍵詞：泵站；電機(jī)；軟啟動(dòng)裝置

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，高壓電機(jī)在各類企業(yè)及工程中的應(yīng)用也越來越多，高壓電機(jī)的啟動(dòng)方式也日益受到重視。在高壓電機(jī)啟動(dòng)中，直接啟動(dòng)高壓電機(jī)，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓的急劇下降，對電網(wǎng)中其他電器設(shè)備的正常運(yùn)行造成影響，同時(shí)還會(huì)引起電機(jī)過熱，對電機(jī)造成損害，縮短電機(jī)的使用壽命。而高壓電機(jī)的軟啟動(dòng)能夠減少對電網(wǎng)的沖擊，延長機(jī)組的使用壽命，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

1 軟啟動(dòng)裝置分類

軟啟動(dòng)指在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中，電壓由零慢慢平滑、無級地提升到額定電壓，其全過程都不存在沖擊轉(zhuǎn)矩，而是平滑的啟動(dòng)運(yùn)行。軟啟動(dòng)裝置是一種集電機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新型電機(jī)控制裝置。可分為有級和無級兩類。傳統(tǒng)的軟啟動(dòng)均是有級的，如星/角變換軟啟動(dòng)，自耦變壓器軟啟動(dòng)、電抗器軟啟動(dòng)等。

2 各種軟啟動(dòng)裝置簡介

（1）高壓變頻軟啟動(dòng)器：通過利用現(xiàn)代變頻調(diào)速SPWM技術(shù)，在保持電機(jī)為恒定的情況下啟動(dòng)，可以在限流同時(shí)保持高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。其啟動(dòng)性能很好，是比較理想的一種軟啟動(dòng)裝置，價(jià)格貴是制約其推廣應(yīng)用的主要因素。

（2）磁控軟啟動(dòng)：從電抗器軟啟動(dòng)衍生出來的，用三相電抗器串在電動(dòng)機(jī)定子上實(shí)現(xiàn)降壓是兩者的共同點(diǎn)，磁飽和軟啟動(dòng)不同于電抗器軟啟動(dòng)的主要區(qū)別是其限流作用的強(qiáng)弱變化可控。

（3）高壓液態(tài)電阻軟啟動(dòng)：采用高壓液態(tài)電阻軟啟動(dòng)裝置，可無級控制，啟動(dòng)性能好、價(jià)格低廉，但液阻箱容積大，必須定期補(bǔ)水，受環(huán)境影響大，且制作、運(yùn)輸、安裝困難。

（4）晶閘管高壓軟啟動(dòng)將電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用在軟啟動(dòng)器上，以晶閘管和控制電路為主電路、以單片機(jī)為中央控制器來完成測量及各種控制算法，使軟啟動(dòng)器具備很強(qiáng)的功能和靈活性，達(dá)到全方位的軟啟動(dòng)器性能，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)直接計(jì)算機(jī)通訊控制。

3 不同軟啟動(dòng)裝置比較

不同軟啟動(dòng)裝置比較情況見表1。

表1 高壓電機(jī)軟啟動(dòng)裝置比較

4 晶閘管高壓軟啟動(dòng)

4.1 晶閘管高壓軟啟動(dòng)裝置概述

軟啟動(dòng)裝置以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和電力電子技術(shù)相結(jié)合，主回路的開關(guān)元件采用高壓大功率晶閘管，通過改變晶閘管的導(dǎo)通角來控制電動(dòng)機(jī)啟停電壓的平穩(wěn)升降和無觸點(diǎn)通斷，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)啟停。

4.2 晶閘管高壓軟啟動(dòng)裝置技術(shù)特點(diǎn)

（1）串聯(lián)晶閘管設(shè)有可靠的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)均壓保護(hù)措施，具有技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠、維護(hù)方便等特點(diǎn)。

（2）采用先進(jìn)的光纖傳輸技術(shù)、電流變換技術(shù)，對晶閘管的觸發(fā)檢測與低壓控制回路之間進(jìn)行有效控制。

（3）采用雙CPU結(jié)構(gòu)，以16位數(shù)字信號處理器DSP執(zhí)行核心控制，使設(shè)備控制實(shí)時(shí)高效、穩(wěn)定性好。

（4）采用信號多級處理及隔離技術(shù)，系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

（5）控制系統(tǒng)能準(zhǔn)確地采集高壓主回路的同步信號和電流信號，有效地實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

（6）軟啟動(dòng)裝置具有旁路功能，啟動(dòng)完成后自動(dòng)切到旁路運(yùn)行，并能提供實(shí)時(shí)監(jiān)控和保護(hù)信號。

（7）軟啟動(dòng)裝置具備自檢、保護(hù)功能。如：缺相及欠壓保護(hù)、可控硅組件保護(hù)、啟動(dòng)超時(shí)保護(hù)、三相電流不平衡保護(hù)、運(yùn)行過流保護(hù)、電源過壓保護(hù)、聯(lián)鎖控制保護(hù)，分別輸出無源硬接點(diǎn)，送至后臺監(jiān)控。

（8）軟啟的控制回路能滿足設(shè)計(jì)需要，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)可順利地在“軟啟動(dòng)/直接啟動(dòng)”之間切換。其中旁路真空開關(guān)具有機(jī)械保持的操作機(jī)構(gòu)，能直接啟動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)。

（9）顯示。顯示屏為LCD，具有背光、屏幕保護(hù)功能；采用中文顯示，菜單操作簡單，人機(jī)界面良好。

4.3 控制原理與技術(shù)性能

4.3.1 控制原理

控制原理如圖1所示。

圖1 控制原理

4.3.2 技術(shù)性能

（1）采用先進(jìn)的光纖傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高壓晶閘管的觸發(fā)檢測與低壓控制回路之間的隔離。

（2）采用雙CPU結(jié)構(gòu)。用先進(jìn)的數(shù)字信號處理器DSP執(zhí)行核心控制，用單片機(jī)對數(shù)據(jù)及通信進(jìn)行管理，使設(shè)備控制實(shí)時(shí)高效、顯示直觀、可靠性高、穩(wěn)定性好。

（3）采用信號多級處理、隔離技術(shù)，使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

（4）采用大屏中文顯示、薄膜按鍵設(shè)置的控制器，操作簡單，人機(jī)界面良好。

（5）具有RS—485標(biāo)準(zhǔn)接口，可與上位機(jī)或集中控制中心進(jìn)行通訊。

4.3.2.1 控制方式可選

（1）斜坡電壓控制。給予一定的初始輸出電壓U0和軟啟時(shí)間，軟啟按設(shè)定的起始電壓開始工作。電機(jī)在啟動(dòng)過程中，電壓隨時(shí)間線性上升，直至電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，軟啟檢測到電流下降，發(fā)出旁路信號，啟動(dòng)過程完成。初始電壓U0為全電壓的20%～85%，大小可隨負(fù)載類別而調(diào)整，重負(fù)載初始電壓適當(dāng)高一些。

（2）限流控制。給予一定的限流系數(shù)I0（限流系數(shù)指電機(jī)額定電流的倍數(shù)），電機(jī)在啟動(dòng)過程中，按限流控制方式輸出電壓，電機(jī)啟動(dòng)電流限制在Imax內(nèi)，直至電動(dòng)機(jī)完成啟動(dòng)。

（3）恒壓控制。給予一定的輸出電壓U0，當(dāng)電壓被限制在恒壓值U0時(shí)，電壓將被限制在一定范圍內(nèi)，在限制的時(shí)間內(nèi)，電流平穩(wěn)上升，直至電動(dòng)機(jī)完成啟動(dòng)。

（4）軟?？刂啤Ｊ闺姍C(jī)從額定轉(zhuǎn)速線性平穩(wěn)地下降為零即為“軟停車”。通過控制晶閘管的“導(dǎo)通角”即可實(shí)現(xiàn)“軟停車”功能，可防止“水錘”效應(yīng)。

4.3.2.2 啟動(dòng)方式可選

（1）現(xiàn)場按鈕啟動(dòng)。從軟啟裝置控制界面選擇“現(xiàn)場按鈕啟動(dòng)”菜單，啟動(dòng)和停止信號由外部送入。啟動(dòng)信號要求是自復(fù)位式無源常開觸點(diǎn)（如有特殊要求需在運(yùn)行設(shè)計(jì)時(shí)指明）。

（2）鍵盤按鍵啟動(dòng)。從軟啟裝置控制界面選擇“鍵盤按鍵啟動(dòng)”菜單，電機(jī)的啟動(dòng)和停止均可從軟啟動(dòng)裝置的控制鍵操作。

（3）上位機(jī)遙控啟動(dòng)。從軟啟裝置控制界面選擇“上位機(jī)遙控啟動(dòng)”菜單，通過RS485通訊接口與上位機(jī)進(jìn)行通訊，電機(jī)的啟動(dòng)和停止均由上位機(jī)控制。

（4）組合啟動(dòng)。從軟啟裝置控制界面選擇“組合啟動(dòng)”菜單，“外部按鈕啟動(dòng)”、“上位機(jī)遙控啟動(dòng)”、“鍵盤按鈕啟動(dòng)”三種控制方式均可以對電機(jī)進(jìn)行啟?？刂?。

5 結(jié)語

綜上所述，高壓電機(jī)的軟啟動(dòng)克服了電機(jī)直接啟動(dòng)的弊端，限制了啟動(dòng)電流和電壓，并降低了對電機(jī)的損害，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在工程高壓電機(jī)軟啟動(dòng)方式選擇中，相關(guān)技術(shù)人員要綜合分析、評價(jià)各種軟啟動(dòng)方式的工作原理、技術(shù)特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)可靠性，選擇最適合的軟啟動(dòng)方式，從而提高工程的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]胡澤旸.開關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟啟動(dòng)裝置的運(yùn)用分析[J].建材與裝飾.2016（01）.

[2]朱大江.6kV高壓電機(jī)軟啟動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2014（05）.